(*)Rua Real Grandeza, 219 / Sala 303-B – Rio de Janeiro (RJ) Tel: (21) 528-4739 / Fax: (21) 528-4917 / e-mail: preger@furnas.com.br
STL/014
21 a 26 de Outubro de 2001 Campinas - São Paulo - Brasil
STE IV
TELECOMUNICAÇÕES EM SISTEMAS DE POTÊNCIA
DIGITALIZAÇÃO DO SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE TELECOMUNICAÇÕES DE FURNAS
Guilherme de Figueiredo Preger (*) FURNAS
Silvana Di Iulio Moreira FURNAS
Roberto Cavalcanti Boucinhas FURNAS
RESUMO
O objetivo deste trabalho é descrever a nova rede óptica de FURNAS CENTRAIS ELÉTRICAS S.A que contempla a utilização de um sistema de multisserviço com tecnologia IP/ATM convergindo através da tecnologia MPLS sobre um sistema de transporte SDH com capacidade de backbone de STM-4 (622 Mbit/s).
PALAVRAS-CHAVE: Rede multisserviço, Convergência de redes, MPLS, Convergência IP/ATM/SDH.
1.0 INTRODUÇÃO
Os novos cenários nacionais estão gerando mudanças estruturais no Setor Elétrico e, consequentemente, nas suas empresas. Essas mudanças se refletem nas novas responsabilidades e regras do Setor, na sua administração, no modo como os empregados desempenham as suas tarefas e nas suas redes de comunicações. A transição de uma economia industrial para uma economia de informações e a perspectiva do surgimento de uma economia de competitividade sem precedentes na história do Setor acelerou a velocidade com que as empresas têm de se adaptar às mudanças tecnológicas e financeiras. Os requisitos de proteção das linhas de transmissão tornaram-se mais exigentes pois, além de linhas transmissão isoladas é necessário proteger sistemas de linhas.
Neste cenário FURNAS está digitalizando a sua Rede de Transmissão de Telecomunicações. O trecho que será tratado neste trabalho utilizará quatro fibras de um
mesmo cabo OPGW da rede de fibras ópticas da Eletronet e enlaces de rádio que permitirão a interligação com o Centro de Operação do Sistema localizado em Botafogo.
Atualmente o sistema de transmissão de FURNAS é composto basicamente de um sistema analógico FDM de 960 canais de rádio de microondas com cerca de 100 estações. Um trecho desse sistema, com 26 estações, já foi digitalizado, tendo sido adquirido um sistema de rádio PDH da Alcatel. Também foram adotados sistemas por fibras ópticas através de cabos OPGW na interligação Norte-Sul, unindo subestações de FURNAS e ELETRONORTE e na região do Paraná através do terceiro circuito que traz a energia de Itaipu a partir da subestação de Foz do Iguaçu à subestação de Ibiúna. Em ambos os casos foram adotados sistemas SDH na hierarquia STM-1 dos fabricantes Alcatel e Siemens respectivamente.
O novo sistema a ser implantado deverá substituir o sistema analógico existente e será uma rede multisserviço composta por camadas de subsistemas integrados tendo como transporte uma rede SDH com
backbone de hierarquia STM-4. Ele deverá permitir o
tráfego de todos os tipos de informações corporativas, envolvendo os mais diferentes usuários, tais como rede corporativa de dados, sistema interno de telefonia, sistema SCADA, telemedições, esquemas de proteção do sistema elétrico, sistema de comunicações operativos interdespachos, entre outros.
Um diagrama esquemático da rede de transmissão de FURNAS é fornecido na Figura1.
Figura 1. Diagrama da rede transmissão de FURNAS 2.0 DESCRIÇÃO DOS SUBSISTEMAS DA REDE ÓPTICA
Nesse projeto a Rede de Transmissão de Telecomunicações foi conceituada como uma rede multisserviços composto por seis subsistemas: Físico (Óptico/Rádio/LT), Transporte (SDH e OPLAT), Teleproteção, Contingência, Multisserviço e de Gerência, conforme esquematizado no diagrama na Figura 2. O subsistema de Acesso servirá apenas como interface de conversão de sinalização para circuitos de baixa velocidade (< 64 kbit/s) para os subsistemas de Transporte e Multisserviço.
O Subsistema Físico utiliza cabos de fibra óptica, rádio enlaces e linhas de transmissão de energia. Quanto aos trechos de fibra óptica, a preferência foi dada para a eliminação de repetidoras para reduzir o custo de manutenção e aumentar a disponibilidade da Rede.
FIGURA 2: Descrição esquemática dos subsistemas da rede óptica de FURNAS
Subsistema Multisserviços Subsistema Transporte Subsistema Gerência Subsistema Óptico/Rádio/LT Subsistema Teleproteção Subsistema Contingência Subsistema Acesso Bandeirantes Corumbá Itumbiara Marimbondo PColômbia Poços IItutinga Campinas Araraquara Guarulhos Ibiuna C.Paulista S.Cruz KM0 Gurupi Miracema Serra da Mesa Mascarenhas Furnas LCBarreto B.Geral Samambaia B.Su
Foz Ivaiporã Itaberá T.Preto Mogi Funil Campos Vitória Botafogo S.José Adrianópolis 127 133 93 237 176 41 36 131 212 190 13 15 164 191 57 110 35 166 82 PDH Imbariê Angra Grajaú R.Leão Jacarepaguá 181 124 4xSTM-1 4xSTM-1 Nova Cintra Sumaré Mendanha Morro do Castro 34 19 80 103 STM-1
Equipamentos Rádios SDH Existentes
Rádio SHF Cabo OPGW
Equipamentos Ópticos Existentes Equipamentos Rádios PDH Existentes Equipamentos Ópticos Novos
O Subsistema de Transporte utiliza a tecnologia SDH, terá o backbone em STM-4 e preparado para migrar para STM-16 sem interrupção de operação.
O Subsistema de Teleproteção se refere aos requisitos dos esquemas especiais de proteção do Sistema Elétrico.
O Subsistema de Contingência aborda a disponibilidade da Rede, ponto fundamental para o Sistema Elétrico. A disponibilidade é a soma de redundâncias, equipamentos e rotas. Como a topologia física empregada na rede – um único cabo de fibras ópticas em vários trechos – não proporciona redundância de rotas, o subsistema será constituído por uma rede independente que será usada automaticamente em caso de falhas do circuito principal. Essa rede de redundância é formada por recursos de comunicação da própria Rede óptica, sistemas OPLAT (para redundância do subsistema de proteção) e das Operadoras de Telecomunicações. A rede será formada para proporcionar os serviços de redundância aos serviços classificados como críticos e operacionais e garantir a disponibilidade da gerência da Rede fazendo também o papel de uma rede de contingência DCN - Data Control Network.
O Subsistema de Gerência da Rede, além das suas funções convencionais, é voltado para a integração das gerências das várias plataformas e para a integração dos alarmes dos elementos de rede dos diversos trechos existentes em uma única plataforma.
3.0 SUBSISTEMA MULTISSERVIÇO: CONVERGÊNCIA DE REDES
Alguns anos atrás disponibilizar circuitos ponto-a-ponto do Sistema de Transmissão de Telecomunicações de FURNAS ou Sistema de Microondas ou alugá-los das Operadoras para os usuários operativos e administrativos e colocar computadores nas mesas eram a forma de suportar a operação diária dos serviços de telecomunicações de FURNAS. À medida que os computadores foram sendo disponibilizados e interligados, foi crescendo a demanda por mais serviços de rede independentemente da sua localização geográfica. Essas redes de microcomputadores extrapolaram o limite das redes administrativas entrando na área das redes operativas ou seja, de redes específicas para a operação do Sistema Elétrico. O desafio tornou-se atender às crescentes necessidades de interligação desses sistemas sofisticados. O surgimento das redes locais de computadores como a arquitetura núcleo da transmissão de dados nas empresas causou um impacto sem precedentes na indústria e na tecnologia de interligação de redes. Uma das características mais
relevantes de uma rede local é o custo relativamente barato da banda, com a maioria delas operando a velocidades de 10Mbps e 100Mbps. Novas tecnologias de rede local têm aumentado a oferta de velocidades de operação para 1Gbps e 10Gbps. Com velocidades como essas, cada vez mais aplicações sofisticadas e consumidoras de banda têm aparecido nas redes locais. De acordo com o Gartner Group, o tráfego entre redes crescerá entre 300% e 600% até 2002.
O tráfego devido à operação direta do Sistema Elétrico deverá ter um crescimento pequeno contrastando com o dos Sistemas de apoio, porém de maior criticidade. Entretanto, a Rede Corporativa de dados, que inicialmente foi uma rede basicamente de serviços administrativos, hoje tornou-se uma rede de transmissão que carrega informações e dados estratégicos e operativos, inclusive a própria gerência da Rede de Transmissão de Telecomunicações.
Tradicionalmente, a Rede Corporativa tem ênfase na conectividade local. No passado, 80% do tráfego das redes locais permanecia dentro da rede e apenas 20% era tráfego externo. As estatísticas atuais invertem esses números. Atualmente grande parte das interligações redes locais/redes de longa distância é direcionada para a Internet e World Wide Web para usá-los como ferramentas empresariais básicas. A Internet faz com que os usuários dessa redes pensem em conectividade global como uma espécie de rede local mundial aumentando dramaticamente os valores de banda das redes de longa distância. A Internet aparece aqui não só representando a grande rede mas, também, como tecnologia e paradigma de desenvolvimento interno de disponibilização de sistemas corporativos e operativos.
O Gartner Group estima que em 2003, a Internet torne-se o mecanismo predominante de conduzir os negócios - negócio-a-negócio ou negócio-a-consumidor - o que significa uma mudança radical nas estratégias de planejamento e dimensionamento de redes atuais. Grandes volumes de tráfego IP estão inundando as redes corporativas e trazendo problemas para a administração e disponibilização de banda. A administração eficaz dessa mistura de tráfego – tradicional e IP - tem se tornado uma prioridade para os gerentes envolvidos com Tecnologia da Informação dentro de FURNAS uma vez os sistemas de informação estão calcados em Internet, Intranet e comércio eletrônico baseado em IP. Quando os dados, vídeo e voz legados são acrescentados a uma base crescente de aplicações IP o resultado é um quadro de necessidades de banda acentuadamente crescentes. Em FURNAS, até o presente momento, diferentes tipos de tráfego vêm sendo transportados por diferentes
tipos de redes. Diferentes infra-estruturas de rede como a de voz, X.25 e Frame Relay, ponto-a-ponto, assíncronos e IP foram construídas para suportar redes/aplicações/sistemas específicos e são mantidas por diferentes departamentos. Como resultado temos as diversas redes/sistemas que se misturam mas têm administrações distintas : Rede X.25, Redes TDM, Redes de roteadores IP, Rede Frame Relay, circuitos ponto-a-ponto de dados e voz que utilizam do serviço das Operadoras e do Sistema de Transmissão de Telecom de FURNAS.
À medida que aumenta a diferença de demanda do tráfego IP com relação às redes tradicionais e cresce a criticidade dos serviços suportados pela rede de roteadores, a separação dos serviços entre redes distintas torna-se prejudicial à gerência de telecomunicações e dispendiosa. Uma rede empresarial convergente, inteligente, flexível que possibilite a operação concentrada torna-se crucial para o desenvolvimento dos serviços de transmissão de telecomunicações de FURNAS. Essa convergência pode se dar de duas formas básicas: dos atuais provedores de tecnologia de dados se integrando com as tecnologias tradicionais de telecomunicações e vice-versa. Das diferentes alternativas tecnológicas a melhor se presta para realizar a convergência das diversas redes é a tecnologia ATM.
Em trabalho recente do CIGRÉ, “The use of IP Technology in the power utility environment”, há a descrição de um cenário que amplia o uso da tecnologia IP extendendo-a aos sistemas operativos de telecontrole na chamada nova geração das redes de controle das empresas de energia elétrica. Esse trabalho enfatiza a robustez da tecnologia IP argumentado que, apesar do crescimento explosivo e desordenado do número de usuários da Internet somado às redes de transporte sub-dimensionadas, a Internet é capaz de prover serviços com qualidade. Demonstra também que suas características multicast são ideais para os sistemas de telecontrole e telemedição. Como mais uma de suas características que tornam inevitável a sua utilização na futura geração das redes de controle das empresa de energia elétrica (Power Utility Control Networks), está a integração dos serviços em uma rede comum de provisionamento de serviços minimizando os recursos de administração. Neste mesmo trabalho é demonstrada a consolidação da tecnologia ATM como tecnologia de backbone e a sua natural integração com a tecnologia IP através do MPLS - Multiprotocol Label Switching que, além de amplificar as qualidades de ambas as tecnologias, aumenta a performance da rede.
O MPLS é uma tecnologia que traz para o nível dois do modelo OSI as funcionalidades do nível três. As tabelas de roteamento do protocolo IP são passadas ao MPLS que passa a ser o responsável pelo roteamento, eliminando todos os roteadores IP reduzindo os tempos de transmissão e reduzindo o número de elementos da rede. A rede passa a ser uma rede MPLS.
A partir dessas informações, alguns cenários foram construídos pela Divisão de Estudos de Telecomunicações de FURNAS através de discussões com diversos fornecedores de tecnologia e com consultoria do CPqD, concluindo-se que a convergência das redes se dará em torno do IP/ATM sobre SDH através do MPLS, conforme ilustrado na Figura 3, proporcionando o aumento de performance e redução de preço e de componentes da solução. Esta solução é a mais compatível para uma futura passagem para as redes fotônicas, cujo cenário avançado já é possível visualizar.
Figura 3: Convergência das tecnologias de transporte e de multisserviço.
O subsistema de multisserviço composto pela convergência de protocolos IP/ATM/ MPLS funcionará como uma rede de distribuição lógica e não mais como rede física. Isto significa que ela assumirá uma topologia de “rede” baseada em nós de concentração, uma vez que uma rede malhada ponto-a-ponto é totalmente inadministrável. Baseado em estudos de tráfego realizados no início do projeto, decidiu-se que os melhores pontos de concentração correspondem aos Centros de Operação regionais que, no caso de FURNAS, localizam-se em 4 localidades: Furnas US, Itumbiara US. , Jacarepaguá SE e Campinas SE. Nesses centros está concentrada a maioria dos sistemas operativos tais como SCADA e telemedições. A cada um desses centros ligam-se usinas e subestações regionalmente. Botafogo como Centro de Operação do Sistema elétrico também se tornará um nó importante, mas como se localiza em um ponto fora do sistema óptico, só podendo ser acessado via rádio, assumiu a posição de um nó secundário. Samambaia e Tijuco Preto, por serem interfaces do novo sistema óptico com sistema existentes, também alcançaram um status de nó secundário. A Figura 4 fornece o diagrama da rede de distribuição lógica.
I IPP F Frraammee RReellaayy A ATTMM S SOONNEETT//SSDDHH F Fiibbrraa M MPPLLSS
Figura 4. Diagrama da rede lógica de distribuição.
Nos nós de concentração primários e secundários serão colocados equipamentos comutadores ATM com capacidade de suportar o protocolo MPLS (ATM Label
switch router) que farão toda a comutação e
roteamento de tráfego do sistema. Nos demais pontos haverá um concentrador (Label switch router edge) que concentrará serviços e converterão em células e pacotes as informações. Toda a rede se comportará como uma grande rede de pacotes permitindo a convergência de diversas redes, facilitando o provisionamento.
4.0 CONCLUSÕES
A nova rede de transmissão de FURNAS comtempla o primeiro estágio da convergência entre soluções tradicionais como SDH com soluções avançadas como MPLS que a deixem no estado-da-arte em tecnologia da informação e apta a absorver os desafios de demanda dos novos serviços que com o desenvolvimento tecnológico aumentarão
exponencialmente nos próximos anos. Além disso, a convergência de rede permitirá a integração das diversas equipes que atualmente trabalham separadamente.
5.0 BIBLIOGRAFIA
5.1 “The use of IP technology in the power utility environment”, CIGRÉ TECHNICAL BROCHURE, Working Group 35.07, abril, 2000.
5.2 Fudoli, Tania Regina et alli. Orientações para o planejamento e especificação técnica da rede corporativa de Furnas Centrais Elétricas- Relatório Técnico –08/05/2000, Campinas, CPqD.
5.3 Construa Redes de Multi-serviço com Núcleo ATM – The ATM Forum
5.4 Um Guia Prático para Transmitir Voz Sobre ATM – The ATM Forum
Itumbiara Jacarepaguá Campinas Furnas Imbariê Angra S.José Km0 S.Cruz Vitória Campos R.Leão Grajaú Adrianópolis Funil C.Paulista Botafogo Marimbondo P.Colômbia LCBarreto Mascarenhas Poços Samambaia Bandeirantes B.Sul B.Geral S.Mesa Gurupi Araraquara Ibiúna T.Preto Itaberá Ivaiporã Foz Guarulhos Miracema Barro Alto Niquelândia Rio Verde Corumbá Mogi
Label switch router edge
ADM SDH
